裂解气压缩机结构优化（共3篇）
裂解气压缩机结构优化 篇1
乙烯裂解气蒸汽透平压缩机 (以下简称101J) 机组的实际运行状况是:复水器负压-50 k Pa (G) , 汽轮机出口温度67℃, 热阱温度48℃, 两者的差值是19℃;而复水器的原始设计条件是:复水器负压-75 k Pa (G) , 汽轮机出口温度48℃, 热阱温度48℃ (最佳实践温度小于5℃) 。两个复水器抽真空器全部投用, 密封蒸汽的抽真空器在线投用。低压密封蒸汽压力数据为-0.04 MPa (G) , 这一数值低于推荐值0.049 MPa (G) , 这说明管线的实际操作压力为负压。很明显, 投用的密封蒸汽的抽真空器使低压密封蒸汽管线产生了负压, 由于格兰处缺乏正压蒸汽, 结果造成不可冷凝的空气通过低压蒸汽格兰进入负压复水器。
1 101J蒸汽流程
装置自产的10.0 MPa过热蒸汽进入101J后, 抽出一路3.5 MPa的蒸汽作为下一等级蒸汽管网的汽源, 剩余部分全部冷凝取出能量。当101J发生工艺波动时, 10.0 MPa的蒸汽管网可以通过101J的旁路减温减压阀来保证压力稳定。101J的负荷一般维持在80%以上, 负荷的调整以保证压缩机侧的工艺介质的工艺条件稳定为前提。富余的10.0 MPa蒸汽通过减压后排放到下一等级的管网。
2 方案优化与运行
依照设备的原始设计图纸和101J的操作规程对调整过程可能出现的影响机组和工艺装置的不利结果制定了应急预案。
检修人员拆下101J密封蒸汽部分的高压格兰密封蒸汽压力表进行校正。降低或不再使用密封蒸汽抽汽器的蒸汽, 使低压密封蒸汽的压力在正常操作范围内0.049 MPa (G) 。监控复水器压力, 确定复水器的真空器能否停用一个而不影响复水器的负压。
由于这台机组建成时间较长, 复水器抽真空的蒸汽、冷凝液没有蒸汽计量表测量, 所以只能缓慢、微小地调节和观察复水器的真空度。调节幅度较大, 有可能造成101J真空度大幅波动, 引起压缩机联锁停车。
1) 生产中要平稳操作, 调节参数要稳妥缓慢, 幅度要小, 防止系统的波动。
2) 不允许蒸汽压力、温度发生急剧、大幅度的变化, 要及时调整到规定的指标。如遇蒸汽系统发生波动, 当TI-351小于450℃且在短时间内恢复无望时, 可按紧急停车处理。
3) 对压缩机的蒸汽系统、复水系统、油系统及工艺操作等严格按照工艺指标进行操作, 确保压缩机安全平稳运行。
4) 当出现备用泵启动而复水器液面仍不降低的情况时, 应立即检查泵的运行情况, 并进行相应处理。当因复水器高液面出现联锁停车时, 按101-J系统紧急停工预案进行操作。
2009年8月26日开始实施优化方案。101J优化方案实施后, 止推段的密封蒸汽压力恢复到0.05 MPa (G) , 高压段低压缸是负值。复水器的真空度从-50 k Pa提高到-60 k Pa, 将低压缸蒸汽调整为正压。开工抽真空蒸汽停止, 密封压盖抽汽阀关闭。
3 效果评价
优化方案实施后, 101J的入口10.0 MPa蒸汽流量从原来的36 t/h降为35 t/h (表1) , 因为这部分的10.0 MPa蒸汽来源于工艺装置的余热, 蒸汽透平用汽量减少后只能减压到4.0 MPa的管网去使用, 所以节能量按照节省4.0 MPa的等级来计算, 节省的另外一部分蒸汽按照1.0 MPa计算, 年加工时间8000 h, 则年节能量为0.11×104t (标煤) , 年创经济效益91.1万元。
裂解气压缩机润滑油系统改造 篇2
辽宁华锦集团乙烯改扩建工程乙烯离心压缩机组, 沈阳鼓风机 (集团) 有限公司设计制造, 机组由DMCL904+2MCL904+2MCL807离心压缩机、汽轮机及润滑油站组成。压缩机由3缸5段13级 (共15个叶轮) 组成, 轴端密封采用干气密封。原动机为杭州汽轮机股份有限公司生产的冷凝式汽轮机 (机型EHNK50/71) 。压缩机与汽轮机之间、压缩机与压缩机之间均用进口膜片联轴器连接。整个机组由润滑油站提供润滑油, 压缩机的三个缸体布置在同一钢底座上, 汽轮机自带底座。在机组运行过程中, 由于润滑油回油温度较高, 致使润滑油产生大量油气, 虽原设计排油烟机对油气进行排出, 但效果不好, 车间经多次改造, 问题得以解决。以裂解气压缩机组为例, 阐述压缩机组润滑油系统改造 (参照图1改造前不包括虚线框部分) 。
机组改造前润滑油系统分为压缩机润滑系统、汽轮机润滑与调节油系统以及润滑油站。润滑油站向系统供油, 主要设备包括7部分。
(1) 油箱。容积25 m3, 油箱的容积符合API614标准要求, 设计有8 min停留容积和5 min工作容积。包括恒温电加热器、液位计和液位变送器、油温指示计和油温变送器、常压油气过滤器、通气罩、带阀门的油净化器接口。为防止润滑油与氧气接触, 发生氧化, 油箱上设置了氮气接头, 在氮气接头进口处装有孔板, 孔板前的氮气压力200 mm H2O, 每日氮气流量10 m3。
机组开车前, 首先应对油箱中的油进行加热, 当油温达到25℃时, 即可启动油泵, 使油站作自身的油循环, 以使油箱内的油加热均匀并提高加热速度, 使整个油系统打循环直至油温达到45±5℃。
(2) 润滑油站设有油冷器, 油冷器为管壳式换热器, 壳程走油, 管程走水, 进油温度65℃;出油温度≤49℃。油温正常值45℃, 油温偏高时, 应适当增加冷却水量, 反之, 则应适当减少冷却水量
(3) 油系统中设置了2台相同流量及压力的螺杆泵, 1主1备, 正常工作时只需开动1台油泵, 即可满足整个机组所需的全部油量要求。主油泵/备用油泵均由电动机驱动。另外还设置了1台电机驱动的事故油泵, 该油泵电机使用事故电源, 用于低压电停电等情况下, 主、辅油泵均无法正常工作时的机组安全停机供油。
(4) 1套120%负荷双联的润滑油过滤器带连续切换阀。壳体为不锈钢材料, 过滤精度为10μm, 滤芯材料为合成纤维。
(5) 在润滑油总管设置不锈钢蓄能器 (手动预充气胶囊型) , 用以维持恒定润滑油压力。
(6) 1台不锈钢材料的事故停车高位油箱 (带3阀组及回油视镜) , 保证6 min的惰转工作容量。高位油箱应包含API-614标准所规定的仪表 (液位计及变送器等) 。
(7) 润滑油回油总管末端装有流量为950 m3/h排油烟机1台, 用于抽取润滑油系统内的油气。润滑油系统参数见表1。
1原润滑油系统运行中存在问题
(1) 润滑油系统有排油烟机1台, 电机功率为1.5 k W, 转速为2840 r/min, 流量为950 m3/h, 全压2.9 k Pa。安装位置为润滑油回油总管末端安装, 经过长期运转, 现场实际运行效果不理想, 大量油气并未通过排油烟机排出, 而是返回至润滑油箱, 致使各缸体轴承箱呼吸阀长期有油气排出, 同时携带一定量的润滑油, 润滑油溅落到高温管线, 易引发火灾, 同时长期运行对润滑油造成浪费、污染环境, 对设备运行造成隐患, 于此同时由于排油烟机没有备机, 不利于设备维护保养及检修, 当其停止工作时, 回油管线内压力迅速升高油气携带大量润滑油通过轴承箱呼吸帽喷出, 造成安全隐患。
(2) 机组运行过程中, 润滑油进入油冷器温度65℃, 润滑油经油冷却器冷却后, 出油温度≤49℃, 油温正常值45℃。润滑油各分支进油及回油情况见表2, 可见润滑油回油温度50~60℃, 在裂解气高压缸轴承温度高报时, 回油温度曾达到过75℃, 由于回油温度较高, 致使在油箱中产生大量油气, 其中大部分油气通过排油烟机排至大气, 但仍有少部分油气在油箱内积聚, 经过长期积累油箱内油气量增加, 同时为防止润滑油与空气接触, 造成润滑油氧化, 需向油箱中通入一定量氮气 (每日氮气流量10 m3) , 使在两者共同积累下, 油箱内压力较高。同时在排油烟机工作时, 排烟过程中由于部分油气冷凝后产生油滴与油烟同时排出, 造成润滑油的浪费, 同时产生极大的安全隐患。与此同时当排油烟机故障停机时, 大量油气携带润滑油, 通过压缩机呼吸阀冒出, 在2013年12月曾出现裂解气压缩机汽轮机驱动端轴承箱端盖密封面润滑油渗漏, 当时泄漏量每分钟2滴, 如果泄漏量增大, 润滑油溅到高温管线, 易引发火灾, 对机组造成伤害, 由于当时不具备停车检修条件, 故采取临时处理措施, (1) 调节支管油压在0.075 MPa左右; (2) 定期清理C-1300T后轴承箱呼吸帽; (3) 两台排油烟机同时运行 (2012年改造后, 排油烟机为双台) C-1300T后轴承箱护罩漏油处用接油盒接油, 定期进行清理。
(3) 裂解气汽轮机油封泄漏, 裂解气汽轮机油封为梳齿密封, 经过一段时间的运行后, 存在泄漏问题, 泄漏的润滑油流淌至附近高温管线, 容易发生火灾, 同时对环境造成污染。
(4) 润滑油长期泄漏, 不但污染环境, 容易形成安全隐患, 同时造成了润滑油的浪费, 因缺少润滑油, 需定期对油箱内润滑油进行补充, 据统计仅2014年裂解气压缩机共计补油18桶 (每桶200 L) , 按每桶3000元计算, 共计5.4万元, 增加了生产成本。
2润滑油系统改造过程
(1) 2012年设备大修期间, 针对排油烟机无备机、排油烟机工作效果不明显, 对压缩机润滑油系统进行改造, 改造共分2部分, 首先将原有排油烟机工作位置进行变更, 由回油总管末端移至润滑油油箱, 即不改变原有排油烟机安装高度, 使其通过10英分管线与润滑油箱相连, 直接从润滑油箱抽取润滑油产生的油气, 其次对原排油烟机新增加1台备机, 2台设备并联, 长周期运行时可以定期切换进行维护保养, 在油气量增大时, 还可以两台设备同时运行, 增加排气量。通过改造, 效果明显。
(2) 2015年设备大修期间, 针对润滑油系统内压力高、排油烟机油气冷凝等问题进行改造, 改造共分两部分, 第一部分在排油烟机出口增加气液分离罐 (罐直径1 m, 长2 m, 容积1.57 m3, 材料304) , 罐内设置折流板, 当油气经过折流板时阻挡了其携带的润滑油, 同时油气在罐内因温度降低部分冷凝成液体, 积聚在罐底, 通过罐底排放管线, 返回至润滑油箱, 少量气体则经过折流板后通过罐顶排放至大气。第二部分为在润滑油箱上实施改造, 将原有人孔盖处增加防火呼吸阀 (DN150, 工作压101 k Pa) 当油箱内压力过高时, 呼吸阀开始工作, 对油箱进行泄压, 保证油箱内压力为微正压。经过改造, 润滑油系统油气大导致油系统内压力高问题得以解决, 单台排油烟机运行足以满足生产需求, 轴承箱呼吸帽及轴承箱密封端面没有出现漏油现象, 排油烟机出口管线虽增加气液分离罐, 但由于分离罐冷却量不足以完全使油气冷凝, 计划下次大修时增加冷凝器, 具体效果, 待后续说明 (图2) 。
裂解气压缩机结构优化 篇3
1 C-300T蒸汽透平气封结构和工作原理
由于汽轮机主轴与汽封之间有一定的径向间隙, 并且汽缸内蒸汽压力与外界大气压不相同, 各级隔板前后存在较大的压差, 在高压端, 气封间隙过大就必然造成了级间泄漏及汽缸内高压蒸汽向外泄漏, 减少了机内做功的蒸汽量;在低压端, 外界空气漏入破坏了冷凝器真空度, 增大抽气器的负担。这些都将使机组效率降低, 因此, 为了防止或减少这种漏气现象产生, C-300T蒸汽透平在高压端设有7级气封, 在低压端设有3级气封, 且在中间隔板共设有8级级间气封。其结构都是相同, 每级气封都是由4个半圆环组成, 且每个环面都加工成阶梯式带梳齿的迷宫正好与轴加工的凸面相配合, 每个梳齿密封背面有弹簧抵住使其弹起而完成密封, 其结构如图1所示。
2 气封工作原理
梳齿迷宫密封是利用节流的原理使气体每经过一个梳齿, 压力就下降一次, 经过一定数量的梳齿后, 就有较大的下降, 实质上迷宫密封就是给气体的流动以压差阻力, 从而减小气体的通过量, 如图2所示。环形梳齿迷宫密封与轴之间有狭缝, 梳齿之间形成空腔 (压力为P2) , 经过狭缝时速度大大增加, 压力降低, 从狭缝流入空腔里面面积突然扩大, 当即形成强烈的旋涡, 气体的压力下降、体积增大、动能基本全部损失而转化为热能, 气体的温度在梳齿之前的温度大致相同, 而压能却得不到恢复, 即压力下降一次, 经过多次下降后, 最后压力降到背压P1。由于通过密封的漏气量取决于一个梳齿前后的压差, 而一个梳齿的压差比整个梳齿密封前后压差小得多, 漏气量也可以大大减小[1]。
3 气封间隙大小对C-300T性能的影响
气封间隙大小对设备的性能影响很大。气体泄漏连续方程[2]:
式中:F1=πds———齿隙面积, mm2
S———气封径向间隙值, mm
C———气封通过齿隙的速度, m/s
P———气体压力, kg/m2
从式 (1) 可以看出, 当气封间隙S值增大, 将使气体的泄漏量△G1增加, 设备的效率降低。而大量的高压蒸汽沿轴向外泄漏, 进入轴承箱, 使润滑油含水量超标, 而沿低压轴端大量的空气渗入透平, 破坏透平真空度。但若气封间隙S值过小, 设备在高速运转时, 易使气封与转子发生磨擦碰撞。因此, 为了保证机组的安全运行, 气封间隙S值应尽可能小些, 以提高节流效果。但蒸汽透平运行时温度很高, 因此, 计算气封间隙时, 必须考虑转子和气封受热膨胀后, 其径向补偿膨胀值a, 则气封间隙最小值可按下式计算:
在检修时, C-300T蒸汽透平冷态时气封间隙必须按照标准要求, 认真地检查和调整好各级气封间隙值, 使其达到理想的设计值。
4 C-300T透平气封间隙的检查与调整
为了检查或更换高压端和低压端气封及级间气封, 必须取下透平的上缸体, 当吊起上缸体时, 气封上半部将随缸体一起吊出。
检查气封间隙主要有几种方法[3]:
一种是用窄的塞尺测量下半缸体上的气封两侧水平结合面处的间隙, 测量时塞尺尺片不得超过三片, 插入深度为10~15 mm, 且塞入时不许用力过大, 否则会造成测量不准确。两侧测量的值之和标准值范围内。但这种测量方法精度不高, 误差较大, 若无测量经验, 误差会更大, 不能准确反映出设备状况, 因而, 其数值一般只供参考。
第二种方法就是把气封按匹配标记正确组装好后, 用内径千分尺测量气封的内径值, 用外径千分尺测量与之相配合轴的外径值, 两值之差就是所需测量的气封间隙值。这种测量方法准确客观。
第三种方法就是用相当于标准间隙值的白胶布分三等份顺轴向粘贴在梳齿上, 然后将红丹粉涂在轴封外径表面吊入汽缸内, 再将上汽缸放在下汽缸上对称四角把紧连接螺栓, 盘车数圈, 拆下上汽缸, 吊出转子, 观察胶布接触痕迹, 没接触的间隙大, 微接触的间隙合适, 重接触的间隙小, 此法方便可靠。
因为气封是安装在隔板上, 所以气封的同轴度随隔板的同心度的变化而变化, 因此, 要调整气封的同轴度, 实质是通过调整隔板的同轴度来实现的。为了测量上的方便, 通常都不直接用转子来找中心, 而是采用拉钢丝、假轴等间接地测量。拉钢丝方法通常用在往复压缩机汽缸的安装, 对于气轮机, 我们采用假轴法来调整隔板的同轴度, 如图3所示。
汽轮机的转子和假轴在其重量的作用下, 均产生了垂弧, 因此, 用假轴找中心, 还必须分别计算出各个位置上转子的静挠度和假轴的静挠度, 并求出它们的差值。
假轴的静挠度测量有两种方法:
(1) 用简单方法测验假轴的静挠度是把假轴放在机体的轴承上, 将绳索捆在假轴的中间, 而另一头挂上相当假轴重物件, 将百分表的触头指在假轴的中间位置的上表面, 用吊车钩在绳索的中间, 查看百分表在挂重前后的读数差, 该差值即为假轴的静挠度。
(2) 可以根据材料力学的有关公式计算。将假轴近似看成受均布载荷的简支梁。如图4所示 (汽轮机转子的静挠度由厂家提供) 。
其挠度曲线方程为[4]:
式中:q———均布载荷
E———材料的弹性模数
I———管截面惯性矩
l———两轴径间的中心距
x———距高压端轴径中心的距离
转子的挠度为ΦA。
假轴中心修正值为D。
隔板的修正值为H。
则调整后希望值如图4所示为:
以上两种方案分析:用假轴找同心度的方法, 没有确定挂重物的具体部位, 而且现场没有挂重物的具体位置;用力学公式计算只适用实心轴, 而我们采用空心轴, 此方案不适用。
针对以上情况, 我们选用长4.282 7 m长的空心钢管, 在车床上加工, 为防止车削加工时钢管弯曲变形, 在假轴中间部位增加一支架, 起支撑作用, 保证加工时长轴不跳动。加工后, 两端轴径处要留有余量, 在磨床上加工到轴径的标准尺寸。将加工后的假轴放在车床上, 两端轴径支撑并保持水平状态, 在假轴与隔板相对位置做好记号, 将假轴中部的下方安放一千斤顶, 将假轴顶起, 使假轴中间部位的上表面与假轴两轴径处的上表面最高点相水平, 把百分表放在气封与轴相对部位, 使百分表的读数为零, 然后将假轴中间部位底下的千斤顶缓慢地放下, 直到与假轴脱离到自由状态, 这时假轴上的百分表读数既为假轴的静挠度, 将本次数据认真记录, 作为假轴静挠度首要依据[5]。
这样可以通过转动假轴, 测出隔板的左右和底部3个数值, 使隔板两侧测量读数相等, 且隔板下沉量满足C值要求。级间隔板左右数值不等时, 可以调整透平装在水平连接处内螺钉定位挂耳支架, 这是水平位置, 至于垂直位置, 可以调整隔板用焊接在安装法兰上的轴向挤压固定凸点, 以提供隔板安装环在壳体内的紧密的滑动配合。两侧定位螺丝调整隔板合格后, 在调整好下隔板中心的同心度后, 再调整喷嘴室的中心, 可以通过调整喷嘴室两侧支耳的调整垫片厚度来实现的。这样就可以为隔板在透平壳内提供真正的中心线支撑, 这种支撑方式能使隔板在任何温度条件下基本上能与转子保持同心。
汽轮机隔板同心度检测记录见表1。
(mm)
调整好上隔板和喷嘴室的同心度后, 还须对上隔板进行调整, 保证上、下隔板组装后, 两半块隔板的水平接缝间隙为0.06~0.18 mm, 这样能确保隔板受热膨胀后, 其中分面能够紧紧贴合在一起, 保证气封整体的同心度, 使气封密封效果更好。要调整上半隔板, 必须用深度游标卡尺测量下隔板两端面与缸体中分面的差值E和G。如图5所示。然后把上半缸体翻转过来并放水平, 再调整上隔板的定位螺丝, 使其隔板两端与缸体中分面的差值E'和G' (如图5所示) 。
分别满足下式:
调整好上、下隔板和喷嘴室后, 也就是调整好气封中心。才能把检查好的气封回装, 在安装气封时, 应非常小心仔细, 要按照气封匹配的标记组装好, 不能互换, 同时要保证把气封背面的弹簧装好, 组装在隔板内的止动销使梳齿气封不能转动, 在安装时不充许敲打梳齿气封上的梳齿, 保证梳齿的完整性。
5 效果评估
C-300T蒸汽透平气封经过调整和大检修后, 彻底解决了检修前气封漏气的严重现象, 提高设备的效率, 解决了润滑油带水现象, 彻底消除了气封间隙过大给设备安全运行带来隐患, 为装置下一个长周期安全生产打下了良好的基础, 截止2005年9月27日, 裂解气压缩机组已连续运行了69个月。
参考文献
[1]沈士一.气轮机原理[M].重庆:水利水电出版社, 1985, 8:126-149.
[2]刘庆潭.材料力学[M].机械工业出版社, 2003:23-24.
[3]山西省电力工业局气轮机设备检修[S].中国电力出版社, 1997:122-165.
[4]喻健良.化工设备机械基础[M].大连:大连理工大学出版社, 2009:11-12.